Neuigkeiten aus der Medizin

Epigenetik oder wie unser Leben unsere Gesundheit prägt 

Dass Gene uns und unser Leben prägen, wissen wir. Dass das auch umgekehrt so ist und wir über unseren Lebensstil auch unsere Gene prägen, wissen bislang die Wenigsten. Denn neue Forschungen zeigen: Die Zellen des Körpers erinnern sich an Umwelteinflüsse und Lebensstil. Selbst Erfahrungen der Eltern und Großeltern sind molekularbiologisch gespeichert ebenso wie Erlebnisse aus der Zeit vor und nach der Geburt. Dr. Peter Spork *), Wissenschaftsjournalist, hat sich intensiv mit diesen Erkenntnissen der Epigenetik befasst und für ein breiteres Publikum aufbereitet.

Die Epigenetik (Nebengenetik oder Zusatzgenetik) ist ein vergleichsweise junges Fachgebiet der Biologie, das sich damit befasst, welche Faktoren aus der Umgebung der Gene die Aktivität von Genen und die Entwicklung von Zellen beeinflussen. Kurz und mit den Worten von Dr. Spork gesagt: „Gesundheit ist kein Zufall.“

In dieser Reihe stellen wir Ihnen ausgewählte Fachbeiträge zu spannenden Themen im Bereich der Epigenetik vor, die uns konkret angehen.

 

*) Quelle: Peter Spork, Gesundheit ist kein Zufall, Deutsche Verlags-Anstalt, 4. Auflage 2017

 

In den industrialisierten Ländern setzt die Pubertät bei Mädchen schon seit vielen Jahrzehnten immer früher ein. Das ist nicht zuletzt deshalb ein Problem, weil damit auch ein erhöhtes Risiko einhergeht, im Laufe des Lebens an Brustkrebs zu erkranken. Schon länger vermutet man, dass die Ernährung eine wichtige Rolle bei diesem Trend spielt, denn übergewichtige Mädchen kommen früher in die Pubertät und die Zahl übergewichtiger Kinder nimmt in Industrieländern stetig zu. Jetzt gelang es Forschern aus Spanien und den USA in Experimenten mit Ratten das epigenetische Bindeglied zwischen der Überernährung in der Kindheit und dem verfrühten Einsetzen der Pubertät dingfest zu machen.

 

Molakularbiologische Reaktion bleibt aus

Danach sorgt Überernährung dafür, dass im Hypothalamus genannten Teil des Zwischenhirns ein notwendiger epigenetischer Prozess unterbunden wird. Normalerweise verhindert eine kalorienarme oder ausgewogene Ernährung, dass ein bestimmtes Gen namens Kiss1 in den beteiligten Nervenzellen zu früh abgelesen werden kann. Bei Überernährung bleibt die molekularbiologische Reaktion aus, das Gen wird vorzeitig aktivierbar und schließlich auch abgelesen. Das löst den Beginn der Pubertät aus.

Die Forscher folgern, man solle in Zukunft noch mehr auf eine ausgewogene Ernährung und ausreichend Bewegung bei jungen Mädchen achten, um einen verfrühten Pubertätsbeginn und dem Anstieg des Brustkrebsrisikos frühzeitig entgegenzuwirken.

Diese Maßnahme könnte übrigens nicht nur das Brustkrebsrisiko senken. Schon im Jahr 2014 legte eine Studie der Oxford-University nahe, dass Mädchen, die bei ihrer ersten Periode zehn Jahre oder jünger sowie 17 Jahre oder älter sind, später im Leben ein erhöhtes Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen haben.

Peter Spork

 

Quellen:

Maria J. Vazquez et al.: SIRT1 mediates obesity- and nutrient-dependent perturbation of pubertal timing by epigenetically controlling Kiss1 expression. Nature Communications 9, 10.10.2018, doi: 10.1038/s41467-018-06459-9.

www.praxisvita.de/steuert-das-koerpergewicht-das-einsetzen-der-pubertaet-12856.html

 

Dieser Artikel erschien zuerst im zuerst im Newsletter Epigenetik (2.12.2018).

Der Blick auf viele Regierende dieser Welt offenbart eine der sichtbarsten Folgen chronischen Schlafmangels: Übergewicht. Politiker schlafen wenig und arbeiten oft nachts. Beides macht auf Dauer und ohne gezielte Gegenmaßnahmen dick. Jetzt konnte ein internationales Team aus Molekular- und Neurobiologen um Christian Benedict von der Universität in Uppsala, Schweden, zeigen, was in den Fett- und Muskelzellen schlafmangel-geplagter Menschen passiert. Epigenetische Veränderungen stehen dabei im Zentrum des Geschehens.

 

Fettzellen verändern ihre Funktion

Die Forscher baten 15 junge, schlanke und gesunde Männer zwei Mal für gut drei Tage ins Labor, um unter streng einheitlichen Bedingungen ihren Schlaf zu kontrollieren, sowie ihre Körperzellen zu untersuchen. Das eine Mal durften die Männer normal schlafen, das andere Mal mussten sie die letzte Nacht wach bleiben. Vor und nach dieser Nacht machten die Forscher einige Tests und entnahmen kleine Stanzproben aus Fett- und Muskelgewebe. Eine Analyse der Genregulation in den Zellen ergab schließlich, dass diese durch den Schlafmangel in ein anderes, noch dazu gegensätzliches Programm umschalten. Die Fettzellen funktionieren plötzlich wie jene stark übergewichtiger Menschen mit einem zu Diabetes neigendem Stoffwechsel.

 

Gene spielen eine wichtige Rolle 

Danach entdeckten die Forscher, dass schon die eine Nacht ohne Schlaf das Muster der epigenetisch aktiven DNA-Methylierungen (chemische Markierung  der Erbsubstanz ohne den DNA-Code zu verändern) im Erbgut der Fettzellen an 148 Stellen neu justiert hatte. Mehrere dieser Stellen beeinflussen die Aktivierbarkeit von Genen höchstwahrscheinlich auf genau die gleiche Art, wie es bei Menschen geschieht, die wegen krankhaftem Übergewicht kurz vor einer operativen Magenverkleinerung stehen – und das, obwohl es sich hier um das Fettgewebe gesunder, schlanker junger Männer handelt. Auch das am heftigsten betroffene Gen namens CD36 spielt eine Rolle bei der Fetteinlagerung. Man weiß sogar, dass es bei übergewichtigen Menschen und Patienten mit Typ-​2-Diabetes ebenfalls dereguliert ist.

Peter Spork

 

Quelle:

Jonathan Cedernaes et al.: Acute sleep loss results in tissue-specific alterations in genome-wide DNA methylation state and metabolic fuel utilization in humans. Science Advances 4, 22.08.2018, doi: 10.1126/sciadv.aar8590.

 

Dieser Artikel erschien zuerst im zuerst im Newsletter Epigenetik (2.12.2018).

Werden wir jetzt alle psychisch krank? Wie schützen wir uns in der Covid-​19-Pandemie vor Depressionen, Ängsten, Überforderung, Sucht und Gewalt? Warum ist die Krise auch eine Chance?

 

Seit Monaten ist bei uns jetzt schon Corona-​Krise. Nichts scheint mehr normal. Die einen schuften rund um die Uhr, sind gefordert wie selten. Die anderen sitzen zu Hause und langweilen sich. Manche drohen zu vereinsamen. Sie werden ängstlich oder trübsinnig. Vielleicht kämpfen sie sogar mit längst überwunden geglaubten Suchtproblemen. Wieder andere wissen gar nicht, wie sie Home-​Office und Kinderbetreuung unter einen Hut bekommen sollen. Und die Kinder? Die vermissen ihre Freunde, leiden unter geschlossenen Freizeiteinrichtungen.

In der Corona-​Krise sind viele von uns einem ungewohnt hohen Maß an psychischer Belastung ausgesetzt. Beruflicher Stress bei Pflegekräften, Medizinerinnen und Medizinern und Verkaufspersonal auf der einen Seite. Die Begrenzung körperlicher Kontakte bis hin zur wochenlangen häuslichen Isolation auf der anderen. Dazu die Angst vor der Zukunft. Für einige könnte dieser Stress zur Überbelastung werden, zum „toxischen Dauerstress“, der die Seele vergiftet. Dann drohen psychische Störungen, und das Risiko für manche chronische Krankheit steigt. Andere könnten von der Situation aber auch profitieren und an Widerstandskraft gewinnen. Eine unverhoffte Auszeit kann sogar zum Stress verringernden sprichwörtlichen Ausbruch aus dem Hamsterrad des Alltags werden.

 

Massenhysterie sieht anders aus

Psychologen sind jedenfalls erstaunt, wie vernünftig die meisten Menschen bleiben. Sie haben offenbar begriffen, dass Panik immer schon ein schlechter Ratgeber war und es jetzt erst recht ist. Auch eine Massenhysterie scheint nicht auszubrechen – zumindest, wenn man das Hamstern von Toilettenpapier oder das Witzemachen darüber nicht für eine solche hält. Zwar handele es sich bei der Corona-​Krise um ein Massenphänomen, aber die wenigsten Menschen reagieren auf das neue Virus übertrieben.

Das Wichtigste scheint derzeit zu sein, jene aufzuspüren, die besonders unter der Situation leiden oder besonders gefährdet sind, an der Krise zu zerbrechen. Es gilt, diese Menschen zu unterstützen und auf Hilfsangebote aufmerksam zu machen. Nicht alle Menschen sind nämlich gleichermaßen anfällig für dauerhaften Stress. Und nicht für alle Menschen ist die Lage wirklich bedrohlich. So sieht es auch der Psychologe Gunther Meinlschmidt, Professor an der International Psychoanalytic University Berlin. Er warnt davor, dass im Corona-​Shutdown das Risiko für eine Menge psychischer Krankheiten steigt, befürchtet aber auch eine übertriebene Dramatisierung der Lage.

Krankhafte Ängste und depressive Störungen würden wahrscheinlich zunehmen. Auch das Risiko für Zwangsstörungen steige vermutlich. Darunter versteht man, wenn jemand zwanghafte Ideen oder Gedanken hat oder zu zwanghaften Handlungen neigt, etwa zu übermäßiger Kontrolle oder Reinlichkeit. Eine weitere Gefahr sind somatische Belastungsstörungen. Diese können sich unter anderem als Bauch-​​, Rücken-​ oder Kopfschmerzen sowie Schwindel, Magen-​​Darm-​Probleme oder Müdigkeit äußern und sind verbunden mit einer übermäßigen psychischen Belastung durch die Beschwerden. Zu guter Letzt weist Meinlschmidt auf die Gefahr zunehmender Suchterkrankungen hin. Dazu zählt er stoffgebundene Süchte wie Alkoholsucht oder den unangemessenen Konsum nicht verschriebener Medikamente, aber auch Verhaltenssüchte wie Spielsucht.

 

Manche Menschen freuen sich über eine Auszeit

Natürlich ist diese Aufzählung unvollständig. Und selbstverständlich ist das Risiko nicht für alle Menschen gleich. „Das Besondere an der Covid-​​19-​Pandemie ist, dass sie zwar das Alltagsleben fast aller Menschen verändert“, sagt Meinlschmidt. „Wie sich aber diese Veränderung – etwa die Einschränkung sozialer Kontakte – konkret auf einzelne auswirkt und sie belastet, ist höchst unterschiedlich.“ Manche Menschen seien derzeit sogar froh, „etwas mehr Ruhe und eine Auszeit zu haben.“ Andere belaste die Situation stark. Es überfordere sie, „nun alleine Aufgaben wie Home-Office, Kinderbetreuung und schulische Betreuung – Home-​Schooling – gestemmt zu bekommen.“ 

Auf die besondere Gefahr für Menschen mit Depressionen weist auch die Kölner Psychologin Birgit Langebartels gegenüber den Zeitungen der Funke-​Mediengruppe hin: „Je nachdem, wie stark sich Betroffene bereits in ihrer Depression zurückgezogen haben, kann eine Quarantäne ihre Symptome nochmals verschlimmern.“ Es sei für diese Menschen wichtig, „jede Möglichkeit zu einem Austausch zu ergreifen, die sich uns bietet, beispielsweise via Telefon oder Video-​Telefonie. Denn das heißt dann auch: Wir sind nicht alleine.“ Heike Winter, Präsidentin der Psychotherapeutenkammer Hessen, sorgt sich zudem um Menschen mit einer bereits bestehenden Angststörung: Bei diesen „fördert die Corona-​Krise das Grübeln über Katastrophen und damit eine Zunahme der Angst“.

Li Wentien vom Deutsch-​Chinesischen Alumnifachnetz für Psychosomatische Medizin und Psychotherapie wertete 2144 Anrufe bei einer Notfall-​Hotline während des Corona-​Shutdowns im chinesischen Wuhan aus. Fast die Hälfte der Anruferinnen und Anrufer litt unter Angstzuständen, ein Fünftel hatte Schlafprobleme und jeweils ein Siebtel beklagte somatische Belastungen oder hatte Symptome einer Depression. Emotionale Zustände wie Einsamkeit, Müdigkeit oder Unruhe waren hingegen selten.[1]

All das heißt aber nicht, dass sämtliche Bürgerinnen und Bürger innerhalb der nächsten Wochen dringend eine Psychotherapie benötigen: Fast trivial ist die Erkenntnis, dass einige Menschen es ohnehin gewohnt sind, nur wenige soziale und körperliche Kontakte zu haben. Für sie ändert sich im Corona-​Shutdown wenig. Und: „Für manche Personen ist ein gewisser Grad an social distancing auch durchaus angenehm“, sagt Psychologe Meinlschmidt.

 

Die Resilienz der Menschen ist verschieden

Außerdem ist die Resilienz der Menschen – also ihre psychische und körperliche Widerstandskraft – sehr unterschiedlich. Die einen werfen bereits Kleinigkeiten aus der Bahn. Andere überstehen sogar mehrfache Traumatisierungen ohne nachhaltigen Schaden zu nehmen. Verantwortlich dafür sind vermutlich sowohl von den Eltern geerbte genetische Faktoren als auch Erlebnisse aus der frühen Kindheit und dem späteren Leben. Eventuell spielen sogar die Zeit im Mutterleib und Erfahrungen der Eltern eine Rolle. Es gibt auch eine gute Nachricht: Belastende und anstrengende Erfahrungen können uns sogar stärker und widerstandsfähiger machen. Dazu sollten sie aber in Maßen daherkommen und mit der Erfahrung verbunden sein, sie bewältigen zu können. Für manche kann die Krise also auch zu einer Chance werden.

Wenn es uns gelingt, jetzt in der Corona-​Pandemie bedürftige Menschen dabei zu unterstützen, möglichst viele positive Erlebnisse zu sammeln, könnten wir alle davon psychisch profitieren, ist auch Gunther Meinlschmidt überzeugt: „Wir sollten uns fragen, ob wir die Isolation auch für uns nutzen können.“ Warum nicht bewusst die Auszeit nehmen, nach der wir uns seit Jahren sehnen? Oder ein Buch lesen, endlich mal wieder auf dem verstaubten Musikinstrument üben und – wem danach ist: den sozialen Kontakt zu Freunden und Familienmitgliedern per Telefon oder Online-​Videoschalte pflegen? 

 

Wir brauchen „Erlebnisse positiver Überwindbarkeit“

Es sind die „Erlebnisse der positiven Überwindbarkeit von Belastungen“, die unsere Widerstandskraft auf Dauer stärken, weiß auch der Resilienz-​Experte Klaus Fröhlich-​​Gildhoff. Er spricht von „Schutzfaktoren“, die sich im Laufe unserer Entwicklung aufbauen und bei Erwachsenen regelrechte Wunder vollbringen können: Lernen wir bereits im Kindergartenalter, mehr oder weniger ausgeprägte Krisen selbstständig zu überwinden, „erwerben wir soziale Kompetenz und gehen auch später entspannter mit Stress um“, sagt der Freiburger Kinder-​​ und Jugendpsychologe. Vieles spricht dafür, dass wir lebenslang an unserer Resilienz arbeiten können.

Werden Belastungen hingegen übermächtig oder dauern unentwegt an, wird der von ihnen ausgelöste Stress toxisch. Dann steigt das Risiko für so genannte Stresserkrankungen. Das sind neben den oben bereits erwähnten psychischen Leiden auch Herz-​Kreislauf-​Krankheiten sowie Stoffwechselstörungen wie Übergewicht und Diabetes und vieles mehr.

Damit es nicht so weit kommt, haben Psychologinnen und Psychologen einige Tipps parat:

  • Man solle auf eine klare Tagesstruktur achten, übliche Schlaf-​, Essens-​ und Arbeitszeiten einhalten und keinesfalls rund um die Uhr im Pyjama bleiben, rät zum Beispiel der Berufsverband Österreichischer Psychologinnen und Psychologen.
  • Den Tag vorauszuplanen, schütze zudem vor dem Gefühl von Kontrollverlust und Hilflosigkeit.
  • Medien sollten gezielt und nicht nebenbei konsumiert werden. Für Sicherheit und Orientierung sorgen zudem seriöse Informationen, während ein dauerhafter, wahlloser Medienkonsum eher verunsichere und Ängste erhöhe. 
  • „Im Home-​Office ist es auch wichtig, den Arbeitstag bewusst abzuschließen“, rät der Psychologe Meinlschmidt.
  • Außerdem tue Humor gut.
  • Schließlich sollten wir unbedingt auf ausreichende körperliche Aktivität achten: „Viele Studien zeigen, dass Sport eine antidepressive Wirkung haben kann.“ Ähnliches gilt übrigens für helles Tageslicht. Wer sich also bewegen möchte, sollte am besten im Freien spazieren gehen, Fahrrad fahren oder joggen. Das unterstützt zudem die biologische Rhythmik und hilft indirekt, nachts tiefer und erholsamer zu schlafen.
 

 

Das Gefühl der Ohnmacht bekämpfen

Die „gesellschaftliche Mammutaufgabe“ ist laut Meinlschmidt aber, für die Alten zu sorgen. Für sie einkaufen, sich aus der Ferne mit ihnen unterhalten, eine offene, kommunikative Nachbarschaft ohne körperliche Nähe pflegen: All das sei derzeit wichtiger denn je, zumal wir kaum abschätzen können, wie lange die Krise noch andauern wird. „Wie kümmere ich mich um die Mutter, die im Krankenhaus liegt, und die keinen Besuch mehr empfangen darf?“ fragt der Psychologe. Wie schützt man die Menschen, die häuslicher Gewalt ausgesetzt sind – darunter vor allem Frauen und Kinder? Wie bekämpfe man „das Gefühl der Ohnmacht, sich nicht ausreichend um jene kümmern zu können, die in Not sind“? Auf solche Fragen müssten wir die richtigen Antworten finden.

Vor allem gilt es, die psychisch besonders verwundbaren Menschen aufzuspüren. Es sind jene, die durch die Folgen der Corona-​Krise langfristig Schaden nehmen dürften. Zu ihnen gehören viele Senioren, Kinder und Erwachsenen mit gewalttätigen Partnern und Partnerinnen oder Eltern, aber natürlich auch alle Menschen, die ohnehin bereits an chronischen körperlichen oder psychischen Krankheiten leiden. Viele von ihnen benötigen professionelle Hilfe. Nicht nur Meinlschmidt sieht große Herausforderungen auf Deutschlands Psychologen zukommen. Eine „gesamtgesellschaftliche Anstrengung“ sei gefordert, vergleichbar mit den „so genannten Bazooka-​Maßnahmen zur Abfederung der negativen Folgen des Shutdowns auf die Wirtschaft.“

Eine Liste mit Anlaufstellen für den Notfall stehen am Ende dieses Artikels. Niemand sollte sich scheuen, dort um Rat zu fragen. Außerdem könnten begleitete Online-​Angebote für Personen, die die derzeitige Situation besonders belastet, eine Lücke schließen, hofft Meinlschmidt. 

Peter Spork

 

Quellen und weiterführende Informationen:

Telefonseelsorge: Tel.: 0800 - 111 0 111 oder 0800 - 111 0 222, www.telefonseelsorge.de

Krisendienst Psychiatrie: www.krisendienst-psychiatrie.de

Bundespsychotherapeutenkammer (BPtK), Tel.: 030 2787850, www.bptk.de/service/therapeutensuche.html

Deutsche Angststörungen-Hilfe und –Selbsthilfe: Tel.: 089 / 51 55 53 15, www.angstselbsthilfe-muenchen.de

Hilfen für Frauen bei häuslicher Gewalt: Tel.: 030-611 03 00, http://www.big-hotline.de

Ratgeber Psychotherapie der bayerischen Betriebskrankenkassen

Fachartikel von Dr. Spork: Gestresst als Fötus, krank als Erwachsener?

Fachartikel von Dr. Spork: „Leiden mein Schlaf und die biologischen Rhythmen, wenn ich weniger nach draußen gehe?“

[1] www.dchan-projekt.de: Coronavirus: DCAPP leistet Unterstützung bei der psychologischen Krisenintervention in China, Abruf 31.03.2020.

 

Dieser Artikel erschien zuerst im Magazin Erbe&Umwelt bei RiffReporter (1.4.2020).

Ob man zur Risikogruppe gehört, entscheidet nicht alleine über die Schwere einer Covid-​19-Erkrankung. Genetik und Epigenetik reden mit. Diese Erkenntnis wird Vorbeugung und Therapie ernster Fälle verbessern.

 

Neue Studien zeigen: Auch die Molekularbiologie der Betroffenen prägt den Verlauf einer Infektion mit dem neuen Coronavirus. Deshalb sind sogar junge Menschen nicht immer vor einem schweren Verlauf der Infektion geschützt. Und manche Alte und Vorerkrankte entwickeln trotz theoretisch hohem Risiko kaum Symptome.

Im Angesicht des neuen Coronavirus sind alle Menschen gleich. Das sollte man zumindest meinen. Doch die Realität sieht anders aus. Selbst Menschen gleichen Geschlechts und Alters mit vergleichbaren Vorerkrankungen und ähnlichem Körpergewicht leiden mitunter an einer Covid-​19-Infektion sehr unterschiedlich stark. Manche sterben oder kämpfen über Monate mit schweren Folgeschäden. Andere zeigen trotz nachgewiesener Infektion keine oder nur milde Symptome.

Was aber ist das Geheimnis hinter den unterschiedlichen Covid-​19-Verläufen? Das war bis vor kurzem unbekannt, doch jetzt häufen sich die Hinweise, dass die Genetik und die Epigenetik gleichermaßen eine Rolle spielen. Es entscheiden also sowohl der von den Vorfahren geerbte Text der DNA, als auch die nebengenetisch aktive Umgebung des Erbgutmoleküls.

 

Erfolgreiche Spurensuche in Patientendaten aus Spanien und Italien

Im einen Fall sind es bestimmte Genvarianten, die dafür sorgen, dass die Menschen etwas unterschiedliche Biomoleküle erzeugen und dadurch widerstandsfähiger oder anfälliger sind als andere. Man könnte auch sagen, die Hardware der Zellen unterscheidet sich. Im anderen Fall sind es Unterschiede bei den epigenetischen Strukturen. Diese schenken unseren Zellen ein individuelles Programm. Kleine biochemische Anhängsel, die an oder neben der DNA einer Zelle sitzen, entscheiden wie Dimmer oder Schalter darüber, welche ihrer Gene die Zelle besonders gut benutzen kann und welche nicht.

Das verändert nicht die Art der Biomoleküle – Enzyme, Botenstoffe, Rezeptoren, Bausubstanzen und ähnliches – sondern ihre Häufigkeit und Zusammensetzung in und außerhalb der Zelle. Der Text der DNA wird durch die Epigenetik interpretiert und in Wechselwirkung mit der Umwelt verschieden stark ausgelesen. Um im Bild zu bleiben, ist es in diesem Fall also die jeweilige Software der Zellen, die das Krankheitsrisiko beeinflusst. Und die wurde auch durch die individuelle Vergangenheit der Infizierten geprägt.

Wie wichtig der Text der Gene zu sein scheint, also die Genetik, folgt besonders eindrucksvoll aus den Analysen eines großen europäischen Teams von Genetikerinnen und Genetikern. Die „Severe Covid-​19 GWAS Group“ fahndete in Patientendaten aus Spanien und Italien nach Varianten im Erbgutmolekül DNA, die bei solchen Menschen besonders häufig sind, die schwer an Covid-​19 erkranken. Rasch wurde das Team fündig: Eine Gruppe von Genen auf dem Chromosom Nummer drei und ein Teil der DNA, der über unsere Blutgruppen mitentscheidet, sind bei schwer erkrankten Menschen auffällig häufig verändert.

Noch weiß zwar niemand, ob und wie die beteiligten Gene die Krankheit direkt beeinflussen. Es ist auch nicht bekannt, welche Gene der auffälligen DNA-​Abschnitte genau betroffen sind. Schließlich handelt es sich bei den Resultaten um bloße, mit Hilfe der Mathematik entdeckte Korrelationen. Eines aber ist sicher: Die Ergebnisse liefern aussichtsreiche Ansatzpunkte für weitere Forschungen. Gut möglich, dass zukünftige Coronavirus-​Therapien und Diagnosemethoden an der nun eingekreisten molekularbiologischen Hardware ansetzen werden.

 

Der wichtigste genetische Risikofaktor für schwere SARS-​CoV-2-Infektionen

Denn die entsprechenden Genvarianten sind definitiv mit unserem Schicksal verknüpft. Entweder verändern sie das Erkrankungsrisiko direkt oder sie weisen indirekt auf andere Risikofaktoren hin. Zumindest bei dem Abschnitt auf dem Chromosom Nummer drei seien die ersten Resultate mittlerweile sogar durch andere Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern bestätigt worden, sagte die Lübecker Genetikerin Jeanette Erdmann dem Science Media Center. Es handele sich um den „wichtigsten genetischen Risikofaktor für schwere SARS-​CoV-2-Infektionen und Krankenhausaufenthalte“.

Der Leipziger Evolutionsbiologe Hugo Zeberg benennt das Risiko gegenüber spektrum.de noch etwas genauer: „Die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen, die diese Genvariante geerbt haben, bei einer Infektion mit dem neuartigen Coronavirus Sars-​CoV-2 künstlich beatmet werden müssen, ist etwa dreimal höher.“ Mit seinem Kollegen Svente Pääbo veröffentlichte Zeberg unlängst Hinweise, dass diese genetische Auffälligkeit von Neandertalern kommt. Sie stammt aus einer Zeit, als sich beide Arten miteinander vermischten.

Trotz ihrer offensichtlichen Nachteile in der Coronakrise hat sich die genetische Auffälligkeit also bis heute bei einigen von uns im Laufe der Evolution seit rund 40.000 bis 60.000 Jahren gehalten. Es ist deshalb anzunehmen, dass die Genvariante auch Vorteile mit sich bringt, vermutet der Kieler Molekularbiologe Andre Franke: „Der größte Teil des Neandertaler-​Genoms, etwa 95 Prozent in unseren Genomen", sei im Laufe der Evolution wieder verschwunden. Da die neu entdeckte Corona-​Risikogenvariante bis heute geblieben sei, müsse sie „auch eine positive Rolle spielen.“ Eventuell sorge sie für ein besonders aktives Immunsystem. Das ist zwar grundsätzlich gut, kann bei einer Coronainfektion in Kombination mit zusätzlichen Risikofaktoren wie Übergewicht, Herzproblemen oder einem hohen Alter aber auch nachteilig sein.

 

Die Gene der Neandertaler scheinen Vor- und Nachteile zu haben

Jedoch ist umstritten, ob die entsprechenden Genvarianten tatsächlich aus der DNA der Neandertaler stammen. Jeanette Erdmann fand noch im Sommer die Datenlage angesichts einer Vorabpublikation „viel zu dünn“. Seitdem wurde die Studie allerdings von unabhängigen Expertinnen und Experten begutachtet und vom weltweit führenden Fachblatt Nature akzeptiert.

Etwa die Hälfte aller Menschen in Südasien und rund 16 Prozent der Menschen in Europa tragen das mutmaßliche Neandertaler-​Erbe und mit ihm das genetisch verankerte erhöhte Corona-​Risiko der Nature-​Studie zufolge in ihrer DNA. Besonders häufig existiere die Varianten bei Menschen aus Bangladesch (63 Prozent). Das passt gut ins Bild. Denn von diesen weiß man tatsächlich bereits, dass sie an Covid-​19 oft ernsthafter erkranken als der Durchschnitt. 

 

Lebensbedrohliche Verläufe frühzeitig erkennen

In einem nächsten Schritt möchten die Forscherinnen und Forscher nun natürlich herausfinden, wie die neu entdeckten Coronarisiko-​Genvarianten die Menschen biologisch beeinflussen. Sie fahnden fieberhaft nach neuen Methoden, um besonders gefährdete Menschen und lebensbedrohliche Verläufe frühzeitig zu erkennen und besser zu behandeln. Es geht um die möglichst lückenlose Aufklärung der Krankheitsmechanismen sowie um deren personalisierte und präzise Bekämpfung.

An diesem Punkt kommt auch die Epigenetik ins Spiel, also die Software der Zellen, die von der Umwelt und der Vergangenheit der Patienten mitgeprägt wurde. Es sind nämlich die nebengenetischen Schalter und Dimmer, mit deren Hilfe die Zellen unseres Körpers auf ihre Umgebung und die Herausforderungen des Lebens reagieren. Anders als die Gene, die nur selten und noch dazu zufällig mutieren, können sich die epigenetischen Strukturen in kurzer Zeit und als Reaktion auf äußere Einflüsse gezielt verändern. Sie helfen Lebewesen bei ihrer biologischen Entwicklung und bei der kurzfristigen Anpassung an schwankende Umweltbedingungen. Das macht sie zu besonders aussichtsreichen Kandidaten für zukünftige Ansätze der Covid-​19-Diagnostik und Behandlung.

 

Coronaviren manipulieren die Epigenetik ihrer Wirtszellen

Schon im Jahr 2017 – also lange vor dem Auftreten von SARS-​CoV-2 – wiesen die US-amerikanischen Epidemiologin Alexandra Schäfer und ihr Kollege Ralph Baric darauf hin, dass Coronaviren wie SARS-​CoV-1 oder MERS die Epigenetik ihrer Wirtszellen verändern. Auf diesem Weg scheinen sie befallene Zellen so umzuprogrammieren, dass diese besonders viele neue Viren erzeugen.

Dies lässt die Genetik der Zellen unberührt, verändert aber zutiefst die Menge und Art der Gene, die gerade aktiv sind. Damit manipuliert das Virus die Identität der von ihm befallenen Zellen. Gelingt es Forschenden eines Tages, diese epigenetischen Prozesse gezielt zu unterbinden, hätten sie ein potenziell hochwirksames Gegenmittel gegen die Viren in Händen.

Vor allem aber erklärt die Epigenetik zum Teil, warum manche Menschen sehr viel ernsthafter erkranken als andere. Verantwortlich scheinen nebengenetische Unterschiede des Immunsystems der Infizierten zu sein – aber auch die Epigenetik jener Zellen, über die die Viren in den Körper eindringen.

So gibt es Hinweise, dass manche Impfungen indirekt auch gegen Covid-​19 helfen können. Vermutlich trainieren diese Impfungen genauso wie bereits überstandene Infektionen nicht nur das spezifische Immunsystem der Geimpften, das sich zielgenau gegen die vorhandene Art von Erregern richtet. Vielmehr scheinen sie zusätzlich die unspezifische, so genannte angeborene Immunantwort zu fördern. 

Doch nicht immer ist ein besonders aktives Immunsystem gut für Corona-​Patientinnen und Patienten. Manchmal kommt es als Reaktion auf den Krankheitserreger zu einer übermäßigen Ausschüttung von Zytokinen genannten Botenstoffen, die Entzündungsreaktionen anstoßen. Startet ein solcher Zytokinsturm, leiden eine Menge innerer Organe, und Covid-​19 nimmt einen gefährlichen Verlauf. Das Robert Koch-​Institut spricht in diesem Fall von der „späten, hyperinflammatorischen Erkrankungsphase“. Das Immunsystem der Patientinnen und Patienten schießt dann sozusagen über sein Ziel hinaus. 

Nicht zuletzt um diese fatale Überreaktion zu bekämpfen, erhalten Covid-​19-Patientinnen und Patienten, die zusätzlichen Sauerstoff verabreicht bekommen oder künstlich beatmet werden müssen, häufig das Medikament Dexamethason – so zum Beispiel auch der ehemalige US-​Präsident Donald Trump. Es simuliert eine allgemeine Stressreaktion, unterdrückt so das Immunsystem und dämpft damit auch den Sturm der Entzündungsboten.

Nun gibt es schlüssige Indizien, dass bei Menschen mit einem hohen Risiko für bedrohliche Covid-​19-Verläufe die epigenetische Regulation solcher Gene in eine ungünstige Richtung verändert ist, die die Ausschüttung der Zytokine überwachen. Das hätte zur Folge, dass die Einen sehr viel eher zum Zytokinsturm neigen als die Anderen.

Weitere Studien weisen darauf hin, dass die Epigenetik eine wichtige Rolle für den Verlauf einer Coronavirus-Infektion spielt. So verändert sich durch die Epigenetik die Zahl der Andockstellen für das Virus und damit die Wahrscheinlichkeit für eine Ansteckung. Je mehr Andockstellen die Zellen besitzen, desto mehr Viren dringen theoretisch ein, und desto ernsthafter dürfte die Krankheit anschließend verlaufen. Von dieser Erkenntnis erhofft sich die Wissenschaft neue Ansätze für die Diagnose, Behandlung und Verlaufsprognose von Covid-​19.

Peter Spork

 

Quellen und weiterführende Informationen

The Severe Covid-19 GWAS Group: Genomewide Association Study of Severe Covid-19 with Respiratory Failure. New England Journal of Medicine 383, 15.10.2020, S.1522-1534

Hugo Zeberg & Svante Pääbo: The major genetic risk factor for severe COVID-19 is inherited from Neanderthals. Nature, 30.09.2020.

Alberto Mantovani & Mihai G. Netea: Trained innate immunity, epigenetics, and covid-19. New England Journal of Medicine 383, 10.09.2020, S. 1078-1080.

Amr H. Sawalha et al.: Epigenetic dysregulation of ACE2 and interferon-regulated genes might suggest increased COVID-19 susceptibility and severity in lupus patients. Clinical Immunology 215, 06/2020, 108410.

 

Dieser Artikel erschien in einer ausführlicheren Fassung zuerst im Magazin Erbe&Umwelt bei RiffReporter (7.10.2020).

 

 

 

Der Stoffwechsel von Menschen ist individuell. Die einen haben deshalb ein sehr viel höheres Risiko, übergewichtig zu werden als die anderen. Ganz neu ist jetzt, dass dafür auch die Umgebungstemperatur aus der Zeit der eigenen Zeugung mitverantwortlich sein kann. Forscher um den Chemiker Christian Wolfrum von der ETH Zürich fanden heraus, dass Schweizer, die in den Monaten Juli bis November geboren sind, überdurchschnittlich schlank sind. Ursache ist vermutlich, dass diese Menschen besonders viel aktives braunes Fettgewebe besitzen (siehe auch Newsletter Epigenetik 04/2011: Schlank machende Mikro-RNA).

Schlank haltendes Fettgewebe

Nach Experimenten mit Mäusen handelt es sich hier um eine epigenetisch gesteuerte Anpassung an die Umweltbedingungen zum Zeitpunkt der rund neun Monate zurückliegenden Empfängnis. Die Betroffenen wurden nämlich in den Wintermonaten gezeugt. Das macht es wahrscheinlicher, dass ihre Eltern in den Tagen oder Wochen rings um die Befruchtung besonders niedrigen Temperaturen ausgesetzt waren. Und zum Schutz gegen eben solche niedrigen Temperaturen hat die Natur das nebenbei auch schlank haltende braune Fettgewebe erfunden.

Kälte beeinflusst epigenetische Strukturen 

Bei den Mäusen bestätigte sich zunächst der beim Menschen beobachtete Temperatur-​Effekt. Die Nachkommen der kühl gehaltenen Mäuseväter schienen trotz einer besonders kalorienreichen Ernährung weitgehend immun zu sein gegen Übergewicht und Stoffwechselkrankheiten. Zudem zeigte sich, dass es ausschließlich die Väter sind, die die Informationen über die Außentemperatur vererben. Nun analysierten Wolfrum und Kolleg*innen die Epigenetik der Spermien. Und tatsächlich war in den Spermien jener Tiere, die aus der Kälte kamen, das Epigenom – also die Gesamtheit der epigenetischen Strukturen – systematisch verändert. So beeinflussen die männlichen Keimzellen offenbar die Genregulation der später heranwachsenden Embryonen. Und das führt zur Bildung von aktivem braunem Fettgewebe sehr viel später im Leben.

Einfluss von Regen- und Trockenzeit

In dieses Bild – dass die Jahreszeit rings um unsere Zeugung Einfluss auf unseren Stoffwechsel hat – passt auch die Auswertung öffentlich zugänglicher Daten zur Epigenetik menschlicher Zellen des Londoner Genetikers Noah Kessler. Mit Kollegen fahndete er nach besonders wandelbaren Stellen im Epigenom sehr früher Embryonen. Dann verglich das Team diese Daten mit Resultaten eines Stammes aus Gambia, dessen Nahrungsangebot stark davon abhängt, ob gerade Regen- oder Trockenzeit ist. Und tatsächlich waren es genau jene Stellen, an denen offenbar die allerersten Umwelteinflüsse eines neuen Lebens ihre Spuren hinterlassen, an denen sich die zu verschiedenen Jahreszeiten gezeugten Gambier am deutlichsten unterschieden.

Peter Spork

 

Quellen und Links:

Wenfei Sun et al.: Cold-induced epigenetic programming of the sperm enhances brown adipose tissue activity in the offspring. Nature Medicine 24, 09/2018, S. 1372-1383.

Noah J. Kessler et al.: Establishment of environmentally sensitive DNA methylation states in the very early human embryo. Science Advances 4, 11.07.2018, doi: 10.1126/sciadv.aat2624.

 

Dieser Beitrag wurde erstmals am 8.11.2018 auf www.newsletter-epigenetik.deveröffentlicht.

 

Ein neuer epigenetischer Test kann das biologische Alter von Menschen erstaunlich genau bestimmen. Seit 2011 wird dieser Test von Forschern stetig verfeinert.  Eine wichtige Rolle spielt dabei ein Algorithmus, der als „Horvath’s Uhr“ bekannt wurde.

 

Steve Hor­vath hat die Zei­ger der Le­bens­uhr ge­fun­den

Vie­les spricht dafür, dass Steve Hor­vath tat­säch­lich so etwas wie die Zei­ger der Le­bens­uhr ge­fun­den hat. Nicht we­ni­ge Ex­per­ten gehen sogar davon aus, dass die sys­te­ma­ti­schen epi­ge­ne­ti­schen Wand­lun­gen sehr viel mehr als eine pas­si­ve Folge des Al­terns sind, wie Skep­ti­ker noch immer ver­mu­ten. Epi­ge­ne­ti­sche Ver­än­de­run­gen schei­nen das Al­tern auch ein Stück weit zu steu­ern. Das hieße, es gebe nicht nur eine Kor­re­la­ti­on zwi­schen Alter und Epi­ge­nom – was längst un­be­strit­ten ist und für die Mes­sung des bio­lo­gi­schen Altes ge­nü­gen würde, son­dern auch einen kau­sa­len Zu­sam­men­hang. Ob das stimmt, und ob man damit wo­mög­lich Zu­griff auf einen po­ten­zi­el­len Jung­brun­nen er­hält, ist eine der span­nends­ten Fra­gen für die Zu­kunft der Al­terns­for­schung.

Schon heute ist klar, dass alle For­scher*innen, die sich mit der bio­lo­gi­schen Ent­wick­lung, mit der Aus­dif­fe­ren­zie­rung oder Zu­rück­pro­gram­mie­rung von Ge­we­ben und Zel­len, aber auch mit deren Ent­ar­tung zu Krebs be­schäf­ti­gen, die epi­ge­ne­ti­sche Uhr mit Freu­den ein­set­zen wer­den. Man weiß in­zwi­schen zum Bei­spiel, dass Krebs­zel­len bio­lo­gisch um Jahre bis Jahr­zehn­te ge­al­tert sind. Ge­län­ge es, sie zu ver­jün­gen, wür­den sie viel­leicht auch wie­der an­greif­ba­rer.

Die gra­vie­rends­ten Fol­gen für uns per­sön­lich, dürf­te die neue Me­tho­de aber tat­säch­lich in dem Mo­ment haben, wenn wir sie auf uns selbst an­wen­den. Sie ver­rät uns etwas, was wir viel­leicht gar nicht so genau wis­sen wol­len. Wie alt sind wir wirk­lich? Wie lange haben wir noch zu leben? Sind wir ge­sund? Leben wir über­haupt auf die rich­ti­ge Weise – was auch immer das sein mag?

Selbst­ver­ständ­lich darf nie­mand zu der Ana­ly­se ge­zwun­gen wer­den. Wer den Test macht, er­fährt oh­ne­hin wenig kon­kre­tes. Aber das Re­sul­tat rührt an etwas ganz Grund­sätz­li­chem: Das bio­lo­gi­sche Alter gibt uns Hin­wei­se dar­auf, ob das Leben auf einem eher guten oder auf einem we­ni­ger guten Gleis ver­läuft. Diese Kennt­nis kann uns hel­fen, uns in eine po­si­ti­ve Rich­tung zu ver­än­dern, Wei­chen um­zu­stel­len. Oder sie kann uns be­stä­ti­gen, wei­ter­hin einen ge­sun­den Le­bens­stil zu füh­ren. Sie könn­te uns aber auch mo­ti­vie­ren, un­ge­sun­de Ge­wohn­hei­ten ab­zu­stel­len, etwa mit dem Rau­chen auf­zu­hö­ren, Hilfe im Kampf gegen star­kes Über­ge­wicht zu su­chen oder sich bei­spiels­wei­se beim Al­ko­hol­kon­sum zu mä­ßi­gen. 

 

Und wie alt bin ich nun?

An die­sem Punkt komme ich nun end­lich zu mei­nem ei­ge­nen Test zu­rück. Um ehr­lich zu sein: Meine Sorge, ich könne deut­lich älter sein als ge­dacht, war an­fangs ge­ring. Ich rau­che schon seit Ewig­kei­ten nicht mehr, trei­be sehr viel Sport, schla­fe meist aus­rei­chend und er­hol­sam, bin nor­mal­ge­wich­tig, und meine Fa­mi­lie und ich ko­chen ab­wechs­lungs­reich mit fri­schen, noch nicht wei­ter­ver­ar­bei­te­ten Le­bens­mit­teln. All das sind wich­ti­ge, das Al­tern brem­sen­de Le­bens­stil­fak­to­ren. So viel ist längst be­kannt.

Aber es gibt na­tür­lich auch noch eine Menge an­de­rer Fak­to­ren: Der streng erb­li­che Text der Gene spielt im Al­te­rungs­pro­zess zu etwa zwan­zig Pro­zent eine Rolle, der Zu­fall mischt eben­falls mit. Nicht zu ver­ges­sen sind auch Ein­flüs­se wie Dau­er­stress und Krank­hei­ten sowie die Prä­gung im Mut­ter­leib und in der frü­hen Kind­heit, viel­leicht sogar epi­ge­ne­tisch ver­erb­te An­pas­sun­gen der Vor­fah­ren. Es gibt wohl kaum ein kom­ple­xe­res Merk­mal als die Le­bens­er­war­tung.

Ent­spre­chend hart würde mich ein ne­ga­ti­ves Re­sul­tat tref­fen. Ich mache doch schon so viel rich­tig? Wieso spielt mir das Schick­sal die­sen Streich? Zum Glück weiß ich auch, dass Ge­sund­heit ein Pro­zess ist, den ich je­der­zeit be­ein­flus­sen kann – auch noch nach einem un­er­freu­li­chen Test­ergeb­nis. (Im­mer­hin habe ich dar­über ein gan­zes Buch ge­schrie­ben: Ge­sund­heit ist kein Zu­fall.) Also ent­schied ich mich für den Test. Ein ne­ga­ti­ves Re­sul­tat würde mich mo­ti­vie­ren, mehr zu tun. Davon schien ich über­zeugt. Aber ganz si­cher war ich mir an die­sem Punkt na­tür­lich nicht.

Umso bes­ser, dass es nicht so weit kam. Als ich den Er­geb­nis­be­richt erhalte, sind Freu­de und Er­leich­te­rung groß. Ich habe den fünf­zigs­ten Ge­burts­tag viel zu früh ge­fei­ert, denn bio­lo­gisch be­trach­tet, war ich da­mals erst 45. Im Er­geb­nis­be­richt steht: „Ihr  Ge­ne­tic Age lau­tet 49 Jahre – minus 5 Jahre Un­ter­schied ge­gen­über Ihrem ka­len­da­ri­schen Alter von 54 Jah­ren.“ Ich al­te­re rund zehn Pro­zent lang­sa­mer als der im glei­chen Jahr ge­bo­re­ne Durch­schnitts­deut­sche. Mache ich so wei­ter, spricht ei­ni­ges dafür, dass ich auch zehn Pro­zent älter werde.

Sehr wahr­schein­lich läuft in mei­nem Leben also vie­les rich­tig. Was für eine gute Nach­richt! Sie un­ter­stützt mich un­ge­mein, in Sa­chen Ge­sund­heit dran­zu­blei­ben – ein­fach wei­ter zu ma­chen mit mei­nem teil­wei­se etwas an­stren­gen­den Le­bens­stil. Es fällt ja nicht an jedem Mor­gen leicht, sich auf­zu­raf­fen und eine Runde lau­fen zu gehen oder an so man­chem Abend das Des­sert weg­zu­las­sen oder kei­nen Al­ko­hol zu trin­ken.

 

Der Er­geb­nis­be­richt ist man­gel­haft

Doch es gibt ein Pro­blem: Men­schen, die mit der Ma­te­rie we­ni­ger gut ver­traut sind als ich, wer­den den Be­richt nicht rich­tig in­ter­pre­tie­ren kön­nen. Es gibt lei­der kei­nen Hin­weis auf die Ge­nau­ig­keit. Nir­gends steht, dass die An­ga­be des bio­lo­gi­schen Al­ters mit einer ge­wis­sen sta­tis­ti­schen Un­si­cher­heit nur für einen Be­reich von plus/minus 2,5 Jah­ren rings um den an­ge­ge­ben Wert gilt. Ich weiß, dass ich laut Test nicht bio­lo­gisch 49 Jahre alt bin, son­dern ir­gend­wo im Be­reich zwi­schen 46,5 und 51,5 Jah­ren. Warum der Testanbieter das Re­sul­tat seinen Kun­den nicht auf diese, sehr viel ehr­li­che­re Art prä­sen­tiert, ver­ste­he ich nicht. Es kann doch kaum sein, dass sie ihre Ziel­grup­pe der­art un­ter­schätzt, dass sie ihr diese Wahr­heit nicht zu­mu­ten möch­te? Im­mer­hin ge­lobt die Firma an die­sem Punkt Bes­se­rung, wie ich auf Nach­fra­ge er­fah­re. Die Er­geb­nis­be­rich­te sol­len dem­nächst über­ar­bei­tet wer­den.

Kaum ernst zu neh­men ist der zwei­te Teil des Er­geb­nis­be­richts. Par­al­lel zur Ab­ga­be der Spei­chel­pro­be soll­te ich auf der Web­sei­te der Firma ein paar Fra­gen zu mei­nem Le­bens­stil be­ant­wor­ten. Aus den Ant­wor­ten kon­stru­ierte diese nun etwas, was mir als „die Ur­sa­chen für Ihr Er­geb­nis“ ver­kauft wird. Das ist haar­scharf un­se­ri­ös, auf jeden Fall frag­wür­dig. Die Ana­ly­se be­schränkt sich auf sehr all­ge­mei­ne An­ga­ben zu den The­men­kom­ple­xen Er­näh­rung, Um­welt und Ge­sund­heit. Für jede Ru­brik wer­den mit Bezug auf meine Ant­wor­ten ein paar ver­meint­lich ne­ga­ti­ve und po­si­ti­ve Ein­flüs­se auf­ge­lis­tet. Hinzu kommt pro Ru­brik ein simp­ler, schein­bar wahl­lo­ser, nicht in­di­vi­dua­li­sier­ter Tipp, wie ich mein Al­te­rungs­tem­po ver­lang­sa­men kann.

Bei der Prä­sen­ta­ti­on der Test­ergeb­nis­se be­steht also noch gro­ßer Nach­hol­be­darf, vor allem an­ge­sichts des hohen Prei­ses von rund 200 Euro . Aber das än­dert nichts daran, dass es sich um ein wich­ti­ges An­ge­bot für all jene Men­schen han­delt, die schon immer eine Ant­wort auf diese un­er­hört kom­ple­xe und per­sön­li­che Frage such­ten: Bin ich wirk­lich so jung, wie ich mich fühle? Bei mir per­sön­lich pas­sen Er­geb­nis und Ge­fühl je­den­falls ganz gut zu­sam­men.

Was aber mache ich nun mit dem Re­sul­tat? Än­dert es mein Leben? Wahr­schein­lich nicht, zumal es ja po­si­tiv ist. Ich bin froh über die jet­zi­ge Si­tua­ti­on. Aber ich weiß auch, dass sich die Um­stän­de je­der­zeit än­dern kön­nen. Und ich weiß, da exis­tiert auch noch die­ser ver­damm­te Fak­tor Zu­fall. Viel­leicht nicht in Sa­chen Ge­sund­heit: Diese ist ein Pro­zess, den ich ein Stück weit sel­ber steu­ern kann. Aber be­stimmt in Sa­chen Krank­heit, die nach mei­nem Ver­ständ­nis nicht das Ge­gen­teil oder die Ab­we­sen­heit von Ge­sund­heit ist, wie es viele Me­di­zi­ner be­haup­ten.

Ich werde wei­ter hart daran ar­bei­ten, den Ge­sund­heits­pro­zess in die rich­ti­ge Rich­tung zu len­ken. Ich bin ja nun be­stä­tigt darin, dass ich so mein Al­tern brem­se. Damit ver­rin­ge­re ich auch die Wahr­schein­lich­keit, mit der das zu­fäl­li­ge Er­eig­nis Krank­heit auf­tritt. Soll­te mir das wei­ter­hin ge­lin­gen, dann feie­re ich mei­nen sech­zigs­ten Ge­burts­tag auch noch nicht in sechs Jah­ren – son­dern erst in elf.

Peter Spork

 

Quel­len und Links: 

Erste Stu­die zur epi­ge­ne­ti­schen Uhr: Sven Bock­landt et al.: Epi­ge­ne­tic pre­dic­tor of age. PLoS One 6, 22.06. 2011, S. e14821.

Epi­ge­ne­ti­sche Uhr von Steve Hor­vath (Hor­vat­hs Uhr). S. Hor­vath: DNA me­thy­la­ti­on age of human tis­su­es and cell types, Ge­no­me Bio­lo­gy 14, 21.10.2013.

Fraunhofer-​Institut für Mo­le­ku­lar­bio­lo­gie und An­ge­wand­te Öko­lo­gie IME.

Mel­dung im News­let­ter Epi­ge­ne­tik mit Link zum Per­so­nal Ge­no­mes Pro­ject.

Stu­die zum Ein­fluss des Me­di­tie­rens auf das Al­te­rungs­tem­po: Ra­phaël­le Chaix et al.: Epi­ge­ne­tic clock ana­ly­sis in long-​term me­di­ta­tors. Psy­cho­neu­ro­en­docri­no­lo­gy 85, No­vem­ber 2017.

Infos zum Buch Ge­sund­heit ist kein Zu­fall von Peter Spork, DVA 2017, Pan­the­on 2019.

 

Dieser Beitrag ist zuerst am 18.03.2019 bei RiffReporter im Projekt Erbe&Umwelt erschienen und  für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/.

 

Und möchte ich das überhaupt wissen? Ein neuer epigenetischer Test kann das biologische Alter von Menschen erstaunlich genau bestimmen. Über einen Selbstversuch und seinen wissenschaftlichen Hintergrund.

 

Vor fast vier Jahren feierte ich meinen fünfzigsten Geburtstag. Es war ein tolles Fest, ein wunderbarer Tag, viele Freunde und Familienmitglieder freuten sich mit mir. Ich war glücklich und zufrieden, wähnte ich mich doch im besten Alter und konnte gleichzeitig bereits auf ein halbwegs erfülltes Leben zurückblicken. Doch unlängst kamen mir Zweifel. Was wäre, wenn mein kalendarisches Alter vom biologischen abweicht? Vielleicht bin ich viel älter als ich sein sollte? Vielleicht aber auch jünger? Wer weiß das schon.

Diese Fragen interessieren viele Menschen meines Alters nicht etwa aus Eitelkeit, sondern weil sie sich gleich zwei Antworten auf einmal erhoffen, die im sechsten Lebensjahrzehnt allmählich essenziell werden: Habe ich im bisherigen Leben für meine Gesundheit manches richtig gemacht? Und: Wie lange habe ich vermutlich noch zu leben?

 

Neuer Test zur Altersbestimmung

Seit Herbst 2018 gibt es einen Test, der einem diese Fragen ein Stück weit beantworten will. Er kann das biologische Alter laut Angaben der Hersteller auf plus/minus 2,5 Jahre genau berechnen. Das wäre erstaunlich gut und überträfe alle bisherigen Methoden zur Altersbestimmung von Menschen – vor allem auch die zuletzt in Studien meist benutzte Messung der Länge der Telomere, also der molekularbiologischen Schutzkappen an den Enden unserer Chromosomen.

Der neue Test verrät uns letztlich, wie rasch wir im Laufe des bisherigen Lebens gealtert sind und vermutlich weiter altern werden. Sind wir dabei schneller als der Durchschnitt, ist unser biologisches Alter höher als das kalendarische und unsere Lebenserwartung ist vermindert. Altern wir aber langsamer, sind wir eigentlich jünger als im Pass steht und dürfen darauf hoffen, mit einer gewissen Wahrscheinlichkeit besonders lang zu leben. 

Aber der Reihe nach, denn wie es zu diesem Test kam, ist eine lange Geschichte. Und es ist eine Erfolgsgeschichte. Denn sie handelt von einem völlig neuen wissenschaftlichen Ansatz, der die biomedizinische und psychologische Forschung verändern wird.

 

Erster Algorithmus zur Altersfeststellung

Die Geschichte des neuen Tests beginnt im Jahr 2011 mit einer Veröffentlichung von Forschern  der University of California. Sie stellen darin einen Algorithmus vor, der das Muster bestimmter epigenetischer Veränderungen am Erbgutmolekül DNA von Zellen aus einer simplen Speichelprobe benutzt, um das Alter des zugehörigen Menschen zu bestimmen. Die Methode eigne sich für kriminaltechnische Untersuchungen, wenn man zum Beispiel das Alter eines Täters oder eines Opfers nicht kenne, schreiben die Autoren. Außerdem helfe das Verfahren vielleicht, das Risiko eines Menschen für altersbedingte Krankheiten besser abzuschätzen.

Aber was haben die Kalifornier genau untersucht? Was sind überhaupt epigenetische Strukturen? Im Laufe unseres Lebens lagern Enzyme mehr oder weniger systematisch kleine chemische Gruppen aus einem Kohlenstoff-​ und drei Wasserstoffatomen an die DNA an. Diese Methylgruppen binden immer nur an eine der vier Basen der DNA, Cytosin genannt. Man nennt das Ganze dann DNA-​Methylierung, und es hat eine wichtige biologische Funktion. Denn das Muster der DNA-​Methylierungen in einer Zelle entscheidet gemeinsam mit anderen epigenetischen Markierungen darüber, welche ihrer rund 23.000 Gene die Zelle benutzen kann und welche nicht. 

 

Forscher entwickeln Formel zur Bestimmung des Alters

Epigenetische Markierungen greifen den Forschungen zufolge in die Regulation der Gene ein, nicht aber in die Gene selbst. Sie sind deshalb auch nicht starr, wie die DNA, die die Baupläne für Proteine codiert, sondern potenziell reversibel. Dadurch können sich Lebewesen oft erstaunlich gut und flexibel an schwankende Umweltbedingungen anpassen. Sie bauen die Epigenome in ihren Zellen um und wandeln so ihren Zellstoffwechsel, ohne die eigentliche Erbsubstanz - die DNA - verändern zu müssen.

Die DNA-Methylierung verändert sich natürlich nicht nur als Reaktion auf Umwelteinflüsse oder den Lebensstil. Manchmal wandelt sie sich auch zufällig. Vor allem aber verändert sie sich ein Stück weit ganz systematisch im Laufe des Lebens. Das muss so sein, denn auf diesem Wege regelt die Epigenetik die biologische Entwicklung eines Lebewesens aus der befruchteten Eizelle bis hin zum erwachsenen Menschen mit seinen rund 300 Gewebe-Typen und 30 Billionen Körperzellen. Und womöglich geht diese Entwicklung weiter bis ins hohe Alter. 

Genau deshalb, weil sich unser DNA-Methylierungsmuster teils systematisch mit dem Al­tern wan­delt, wur­den die For­scher aus Ka­li­for­ni­en fün­dig. In ihrer ers­ten Stu­die füt­ter­ten sie ihre Com­pu­ter mit Daten über die Epi­ge­no­me ei­ni­ger Per­so­nen, deren ka­len­da­ri­sches Alter sie kann­ten. Zu­nächst ana­ly­sier­ten sie 34 Paare ein­ei­iger Zwil­lin­ge, da­nach noch 60 ge­wöhn­li­che Men­schen. Schlie­ß­lich fil­ter­ten ihre Re­chen­ma­schi­nen aus dem chao­tisch an­mu­ten­den Wust von In­for­ma­tio­nen ein paar Stel­len am Erb­gut her­aus, wo es sich of­fen­bar lohn­te, etwas ge­nau­er hin­zu­schau­en, ob dort Me­thyl­grup­pen an­ge­la­gert sind oder nicht. Schlie­ß­lich ent­wi­ckel­ten die For­scher eine For­mel, die ihnen half, aus dem epi­ge­ne­ti­schen Mus­ter die­ser Stel­len das Alter eines Men­schen ab­zu­lei­ten.

Da es sich dabei um den Durch­schnitts­wert vie­ler Men­schen han­delt, ent­spricht das bio­lo­gi­sche dem ka­len­da­ri­schen Alter. So ist das bio­lo­gi­sche Alter schlie­ß­lich de­fi­niert: Es ist der na­tür­li­che Zu­stand, der jenem eines durch­schnitt­li­chen Men­schen glei­chen Al­ters ent­spricht. Wen­det man den Test aber auf eine ein­zel­ne Per­son an, spie­gelt das Re­sul­tat nur deren bio­lo­gi­sches Alter. Weil die­ses bei ge­sun­den Men­schen aber immer in der Nähe des tat­säch­li­chen Al­ters liegt, wer­den sol­che Tests in­zwi­schen tat­säch­lich kri­mi­no­lo­gisch ein­ge­setzt.

 

Horvaths Uhr

Da­mals im Jahr 2011, bei Ver­öf­fent­li­chung des ers­ten Tests, waren die Pro­banden­grup­pe klein und das Ver­fah­ren recht un­ge­nau. Rein rech­ne­risch konn­te man die Zu­ver­läs­sig­keit auf einen Be­reich von fünf Jah­ren über und unter den tat­säch­li­chen Al­ters­an­ga­ben be­gren­zen. Doch nur zwei Jahre spä­ter, am 21. Ok­to­ber 2013, ver­öf­fent­lich­te der  Bio­sta­tis­ti­ker Steve Hor­vath, im Fach­blatt Ge­no­me Bio­lo­gy einen Al­go­rith­mus, der mitt­ler­wei­le als Hor­vat­hs Uhr oder auch als epi­ge­ne­ti­sche Uhr, be­rühmt ge­wor­den ist.

Hor­vath hatte das Me­thy­lie­rungs­mus­ter von 8.000 Men­schen er­fasst und schlie­ß­lich 353 Stel­len ein­krei­sen kön­nen, deren „Me­thy­lie­rungs­sta­tus“ – also die Ant­wort auf die Frage: Me­thyl­grup­pe an­ge­la­gert oder nicht? – den Al­go­rith­mus zur Be­rech­nung des Al­ters immer wei­ter ver­fei­ner­te. Eine Ana­ly­se all die­ser 353 DNA-​Stellen ge­mein­sam er­fasst das bio­lo­gi­sche Alter eines Men­schen auf plus/minus 3,6 Jahre genau. Das war da­mals eine Sen­sa­ti­on.

Fast noch wich­ti­ger als der ei­gent­li­che Test ist der Um­stand, dass Hor­vath seine Me­tho­den und Re­sul­ta­te voll­stän­dig öf­fent­lich mach­te. Seit­dem ar­bei­ten Wis­sen­schaft­ler*innen über­all auf der Welt daran, die Me­tho­dik wei­ter zu ver­fei­nern. Ein noch ge­naue­rer und preis­güns­ti­ge­rer Test auf das bio­lo­gi­sche Alter würde viele Men­schen aber auch Wis­sen­schaft­ler und Me­di­zi­ner in­ter­es­sie­ren. Es geht in­zwi­schen um viel Geld. Und das be­hin­dert den wis­sen­schaft­li­chen Aus­tausch na­tür­lich auch. Denn es wer­den Fir­men ge­grün­det, Pa­tent­schrif­ten vor­be­rei­tet, doch so­lan­ge nichts pa­ten­tiert ist, wird auch alles ge­heim ge­hal­ten. 

 

Fraunhofer-​Institut entwickelt ver­bes­ser­ten Test

Ein Schweriner Diagnostik-Unternehmen und Ex­per­ten des Fraunhofer-​Instituts für Mo­le­ku­lar­bio­lo­gie und An­ge­wand­te Öko­lo­gie in Ham­burg  entwickelten ein ei­ge­nes, op­ti­mier­tes Ver­fah­ren, das auf den Ideen Hor­vat­hs zwar auf­baut, aber neue­re Daten und ei­ge­ne Al­go­rith­men zu­grun­de legt. Seit Ende 2018 ist nun der Ge­ne­tic Age Test er­hält­lich. Es ist zu­min­dest hier­zu­lan­de der erste öf­fent­lich zu­gäng­li­che Test die­ser Art.  Wer diesen nutzen möchte, kann kostenpflichtig eine Speichelprobe einsenden und erhält drei bis vier Wochen später einen Ergebnisbericht. Die Daten wer­den auch für das La­bor­per­so­nal ver­schlüs­selt, an­geb­lich bes­tens ge­schützt und sie wer­den nicht an Drit­te wei­ter­ge­ge­ben. Auch am Fraunhofer-​Institut selbst darf mit ihnen nicht ge­forscht wer­den.

Der Test verwendet mit dem Alter assoziierte epigenetische Markierungen, von denen drei Vier­tel noch nicht von Horvath be­schrie­ben wor­den sind. Dar­un­ter seien „auch we­sent­lich re­le­van­te­re“ ge­we­sen. Schlie­ß­lich habe man einen Al­go­rith­mus ent­wi­ckelt, der zwar nur 140 die­ser Stel­len aus­wer­tet, aber das Alter prä­zi­ser vor­her­sa­gen kann als Hor­vat­hs Uhr: auf plus/minus 2,5 Jahre genau.

She­raz Gul vom Fraunhofer-​Institut, der die Spei­chel­pro­ben mit sei­nem Team aus­wer­tet, erklärt, dass man  sehr viele öf­fent­lich zu­gäng­li­che epi­ge­ne­ti­sche Daten durch­fors­te und das Mo­dell und die Al­go­rith­men ste­tig op­ti­mie­re. „Schon bald wer­den wir noch viel prä­zi­se­re Vor­her­sa­gen tref­fen kön­nen“, so Gul. Gleich­zei­tig wür­den Auf­wand und Kos­ten sin­ken.

Zu­nächst geht es aber auch hier, beim Ge­ne­tic Age Test, darum, ein Pa­tent an­zu­mel­den. Erst dann wer­den die Er­kennt­nis­se unter Um­stän­den pu­bli­ziert. Vor­erst kön­nen wir die An­ga­ben der Test-​Entwickler also nur glau­ben. Da die zu­grun­de lie­gen­de Me­tho­de von Steve Hor­vath aber schon gut be­schrie­ben wurde, wis­sen­schaft­lich so­li­de er­scheint und zu­min­dest in Tier­ver­su­chen von vie­len For­schern auf der Welt schon mehr­fach re­pro­du­ziert wer­den konn­te, er­schei­nen die An­ga­ben aus dem Fraunhofer-​Institut durch­aus ver­trau­ens­wür­dig. 

 

Auch die Wis­sen­schaft pro­fi­tiert

Schon heute pro­fi­tiert die Wis­sen­schaft von dem neuen Test aus Ham­burg und Schwe­rin. „Es gibt ein Pro­jekt in der Fraunhofer-​Gesellschaft, in dem wir uns ge­nau­er an­schau­en, wel­che Gene jene epi­ge­ne­ti­schen Mar­ker re­gu­lie­ren, die be­son­ders stark mit der Al­te­rung kor­re­liert sind“, sagt She­raz Gul. Dann suche man in Da­ten­ban­ken nach Sub­stan­zen, die die epi­ge­ne­ti­schen Ver­än­de­run­gen an die­sen Stel­len auf­hal­ten oder brem­sen wür­den. Auch wenn der Test keine kau­sa­len Zu­sam­men­hän­ge misst, so ist es nicht un­wahr­schein­lich, dass die mehr oder we­ni­ger star­ke Ak­ti­vi­tät zu­min­dest man­cher die­ser Gene das Al­tern ver­än­dert. In die in­vol­vier­ten Stoff­wech­sel­pro­zes­se könn­ten des­halb auch zu­künf­ti­ge Anti-​Aging-Substanzen oder Me­di­ka­men­te gegen Al­ters­krank­hei­ten ein­grei­fen.

Rund um den Glo­bus wird auch die von Steve Hor­vath ent­wi­ckel­te erste epi­ge­ne­ti­sche Uhr in­zwi­schen von vie­len Ar­beits­grup­pen ein­ge­setzt, um zu mes­sen, wel­chen Ein­fluss be­stimm­te Le­bens­stil­fak­to­ren auf die Ge­schwin­dig­keit un­se­res Al­terns haben. Eine viel be­ach­te­te, wegen ihrer ge­rin­gen Größe al­ler­dings nicht allzu aus­sa­ge­kräf­ti­ge Stu­die zeigt, in wel­che Rich­tung diese For­schung geht: Ra­phaël­le Chaix und Kol­le­gen fan­den Hin­wei­se, dass Men­schen, die re­gel­mä­ßig me­di­tie­ren, zu­min­dest im hö­he­ren Alter etwas lang­sa­mer al­tern als nicht me­di­tie­ren­de Men­schen. Au­ßer­dem wer­den die Me­di­tie­ren­den of­fen­bar umso lang­sa­mer älter, je län­ger sie die Tech­nik be­reits aus­üben.

Fortsetzung folgt

Peter Spork

 

Quel­len und Links: 

Erste Stu­die zur epi­ge­ne­ti­schen Uhr: Sven Bock­landt et al.: Epi­ge­ne­tic pre­dic­tor of age. PLoS One 6, 22.06. 2011, S. e14821.

Epi­ge­ne­ti­sche Uhr von Steve Hor­vath (Hor­vat­hs Uhr). S. Hor­vath: DNA me­thy­la­ti­on age of human tis­su­es and cell types, Ge­no­me Bio­lo­gy 14, 21.10.2013.

Fraunhofer-​Institut für Mo­le­ku­lar­bio­lo­gie und An­ge­wand­te Öko­lo­gie IME.

Mel­dung im News­let­ter Epi­ge­ne­tik mit Link zum Per­so­nal Ge­no­mes Pro­ject.

Stu­die zum Ein­fluss des Me­di­tie­rens auf das Al­te­rungs­tem­po: Ra­phaël­le Chaix et al.: Epi­ge­ne­tic clock ana­ly­sis in long-​term me­di­ta­tors. Psy­cho­neu­ro­en­docri­no­lo­gy 85, No­vem­ber 2017.

Infos zum Buch Ge­sund­heit ist kein Zu­fall von Peter Spork, DVA 2017, Pan­the­on 2019.

 

Dieser Beitrag ist zuerst am 18.03.2019 bei RiffReporter im Projekt Erbe&Umwelt erschienen und  für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/.

Menschen, die ihr Leben lang aktiv waren und viel Sport gemacht haben, werden im Alter seltener und später krank. Weshalb ist das so? Wissenschaftliche Untersuchungen haben gezeigt, dass Menschen, die regelmäßig Sport treiben, epigenetisch in ein anderes Programm wechseln. Das hält sie länger jung. Und es verringert die Gefahr für eine Reihe so genannter Alters- und Zivilisationskrankheiten.

 

Sechs Monate Sport verändern Fett- und Muskelzellen

Dafür spricht nicht nur eine neue dänisch-US-amerikanische Studie. Schon im Jahr 2013 zeigte ein anderes schwedisches Forscher*innenteam von der Universität Lund, dass ein sechsmonatiges Sportprogramm die Epigenetik von Fettzellen grundlegend umbaut. Die Schweden verordneten 23 unsportlichen Männern ein sechsmonatiges Trainingsprogramm. Dann verglichen sie epigenetische Schalter in Fettzellen, die vor und nach dem Zeitraum entnommen worden waren. Ein Unterschied fand sich an 7.663 Genen, darunter 18, deren Aktivität bekanntermaßen das Übergewichtsrisiko beeinflusst und 21, die schon länger mit Typ-2-Diabetes in Verbindung gebracht werden.

Die eleganteste und inzwischen auch bekannteste aller Untersuchungen dieser Art ist aber jene von Maléne Lindholm und Kolleg*innen. Wie die neueste Studie wurde auch sie am Stockholmer Karolinska-Institut durchgeführt. Eine Hauptrolle spielen hier ein paar eigenartige Trainingsfahrräder. Erneut waren es 23 untrainierte Probanden, dieses Mal aber junge Frauen und Männer, die ganz im Dienst der Wissenschaft auf diesen Ergometern drei Monate lang ihre Beinmuskulatur stärkten. Das Besondere: Die Geräte hatten nur eine Kurbel. Die angehenden Sportler*innen, die immerhin vier Mal pro Woche eine Dreiviertelstunde auf den Ergometern schwitzten, radelten einbeinig. Welches Bein sie trainierten, war zuvor ausgelost worden. Das andere blieb ungeübt.

Das Training blieb natürlich nicht ohne Effekt. Die Muskulatur am trainierten Bein veränderte sich rein äußerlich, und auch der Stoffwechsel von Zellen an diesem Bein stellte sich um. Verantwortlich waren auch hier epigenetische Strukturen, die für neue Genaktivierbarkeitsmuster in den Zellen sorgten. Das heißt, der Satz an Genen, der den Zellen zur Verfügung stand, hatte sich gewandelt. Dadurch verwandelten sich sozusagen einst schlappe, untrainierte Muskelfasern in Kraft und Energie strotzende, effizient arbeitende Bündel, wie man sie von umfassend trainierten Athleten kennt. 

 

Radeln mit einem Bein – für die Wissenschaft

Was die Studie berühmt machte, war der Einsatz der einkurbeligen Ergometer. Sie sorgen für eine statistisch saubere und wenig fehleranfällige Art der Ergebniskontrolle. Die Effekte zeigten sich, wie bereits erwähnt, nur in den trainierten Beinen. Die Epigenetik der untrainierten Beine, obgleich selbstverständlich genetisch identisch und allen Umwelteinflüssen außer dem Training in gleichem Maße ausgesetzt, blieb praktisch unverändert.

Im Detail entdeckten Lindholm und ihr Team an knapp 5.000 Stellen des Erbguts Unterschiede zwischen dem trainierten und dem untrainierten Zustand. Der DNA-Code war natürlich unbeeinflusst. Aber seine epigenetische Gebrauchsanweisung hatte sich umgekrempelt. Die Forscher schauten sich schließlich die 800 deutlichsten systematischen Veränderungen genauer an. Besonders häufig betraf die Umprogrammierung so genannte Verstärker-Elemente, die die Aktivierbarkeit benachbarter Gene und Gen-Gruppen verbessern. 

Kein Wunder, dass sich in den Zellen der Einbein-Fahrradfahrer auch die Gen-Aktivität gewandelt hatte. Der Zellstoffwechsel war ein anderer geworden. Das erklärt natürlich auch, warum das dreimonatige Training den Probanden einen völlig anderen Fitnesszustand verpasst hatte. Exakt 4.076 Gene wurden im Muskel des trainierten Beins mehr oder weniger stark abgelesen als im untrainierten Bein oder im gleichen Bein vor dem Training. Das ist immerhin ein knappes Fünftel aller Gene, die wir Menschen überhaupt besitzen. Selbstverständlich waren darunter auch einige, von denen man längst wusste, dass sie wichtig für die Leistungsfähigkeit und Belastbarkeit der Muskelzellen sind - aber auch eine Menge weniger gut untersuchter Gene, deren Funktion man noch nicht so genau kennt.

Nun fütterten die Forscher*innen ihre Computer mit den Daten und berechneten, welche Netzwerke jene Gene miteinander knüpften, deren Aktivierbarkeit das Training verändert hatte. Dabei zeigte sich: Gemeinsam kümmern sie sich um Dinge wie den Muskelfaseraufbau, den Zell-Energiehaushalt, den Kohlenhydratstoffwechsel oder die Bildung von Fettgewebe, das als Energiespeicher dient. Maléne Lindholm war entsprechend begeistert: „Mit so etwas einfachem wie Sport können wir so viele verschiedene Gene für unsere Gesundheit aktivieren.“ 

 

Alle Studien zeigen: Sport wirkt!

Was damals natürlich auch eine Menge Skeptiker auf den Plan rief, ist nun dank der neuen Daten einmal mehr bestätigt worden. Auch wenn die Aussagekraft jeder einzelnen dieser mittlerweile recht zahlreichen Studien überschaubar bleibt, so bestätigen sie das zugrunde liegende Prinzip doch immer wieder: Sport wirkt. Und vermutlich wirkt er auch deshalb, weil er unsere Epigenetik verändert.

Mir persönlich reicht das ehrlich gesagt bereits als Motivation: Ich mache jetzt eine Arbeitspause und gehe erstmal laufen.

Peter Spork

 

Quellen und Buchtipp:

Die neue Studie in Scientific Reports: M. Reza Sailani et al.: Lifelong physical activity is associated with promoter hypomethylation of genes involved in metabolism, myogenesis, contractile properties and oxidative stress resistance in aged human skeletal muscle. Scientific Reports 9, 01.03.2019, Nr. 3272.

Studie zum Einfluss eines sechsmonatigen Sportprogramms auf die Epigenetik von Fettzellen: Tina Rönn et al.: A six months exercise intervention influences the genome-wide DNA methylation pattern in human adipose tissue. PLOS Genetics 9, 27.06.2013, e1003572.

Studie mit den „einbeinigen Radlern“: Newsletter Epigenetik 01/2015.

Peter Sporks Buch zum Thema: Gesundheit ist kein Zufall. Wie das Leben unsere Gene prägt. DVA 2017 / Pantheon 2019.

 

Dieser Beitrag ist am 17.04.2019 zuerst bei RiffReporter im Projekt Erbe & Umwelt erschienen und  für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/.

 

Heute schon gelaufen? Oder wenigstens mit dem Fahrrad zur Arbeit gefahren? Wenn nicht, sollten Sie sich für den Abend vielleicht noch schnell mit Freunden zum Kicken im Park verabreden oder ins Fitness-Studio gehen. Laut Statistik werden Menschen, die ihr Leben lang aktiv waren und viel Sport gemacht haben, im Alter seltener und später krank. Ihr Risiko für Stoffwechselstörungen wie Typ-2-Diabetes oder Herz-Kreislauf-Leiden ist deutlich kleiner. Selbst vor Altersdemenz scheint regelmäßiger Sport ein Stück weit zu schützen. Er hält uns vermutlich einfach länger jung. All das ist längst bekannt und konnte in vielen großen epidemiologischen Studien immer wieder bestätigt werden. Nicht umsonst empfiehlt so gut wie jedes Präventionsprogramm neben einer ausgewogenen Ernährung und ausreichend Schlaf vor allem: Sport, Sport, Sport.

Sehr viel weniger konnte die Wissenschaft bisher jedoch darüber herausfinden, wie es dem täglichen Schinden und Überwinden überhaupt gelingt, uns widerstandsfähiger zu machen. Welche molekularbiologischen Prozesse stößt es an, wenn ich immer wieder meine zehn Kilometer-Runde laufe, in die Pedale trete, Gewichte stemme oder mich beim Fußball verausgabe? Was passiert in meinem tiefsten Innersten, in den Kernen meiner 37 Billionen Zellen, in denen mein Zellstoffwechsel gesteuert wird?

 

Sport aktiviert epigenetisches Programm

In einigen Untersuchungen messen Forscher mit Hilfe moderner Apparate, welche Gene in bestimmten Zellen aktiv sind. Die Forscher messen aber auch, welche Aufgaben die Zellen gerade erfüllen, indem sie bestimmte Proteine auslesen und herausfinden, in welchem epigenetischen Programm sich die Zellen zur Zeit befinden. Epigenetische Programme legen fest, welche Gene die Zelle überhaupt benutzen kann und welche nicht – in welchem Modus sie sozusagen arbeitet.

Wissenschaftlern aus Dänemark und den USA gelang es, die schwarze Box zwischen Sport und Alterung genau an diesem Punkt ein wenig heller auszuleuchten.

Die neue Studie ist die aktuellste in einer Reihe gut gemachter und clever angelegter Untersuchungen. Sie haben zwar sämtlich geringe Probandenzahlen, aber erlauben ähnliche Schlussfolgerungen: Menschen, die regelmäßig Sport treiben, wechseln epigenetisch in ein anderes Programm. Das hält sie länger jung. Und es verringert die Gefahr für eine Reihe so genannter Alters- und Zivilisationskrankheiten.

 

16 Männer im Alter zwischen 60 und 65 Jahren wurden untersucht

Die Autorin der Studie, Brigitte Regenberg, Biologin an der Universität Kopenhagen, betrachtete mit ihrem Team  Muskelzellen von 16 Männern im Alter zwischen 60 und 65 Jahren. Die Personen waren ähnlich schwer und groß, aber die eine Hälfte war immer schon Bewegungsmuffel gewesen, während die andere zeitlebens Sport getrieben hatte.

Der Vergleich des Gewebes in den kleinen Stanzproben zeigte überdeutlich, welche Spuren der jeweilige Lebensstil in den Muskeln der Menschen hinterlassen hatte. An 714 Abschnitten des Erbguts, die die Aktivität benachbarter Gene steuern – so genannten Promotoren – entdeckten die Forscher epigenetische Abweichungen: Bei den Unsportlichen waren diese Promotoren signifikant stärker verändert. 

 

Die Veränderungen schützen vor Diabetes und oxidativem Stress

Unter den Genen, die bei den Sportmuffeln epigenetisch anders reguliert werden als bei den bewegungsfreudigen Menschen, enthalten einige den Bauplan für Enzyme, die die Empfindlichkeit für das Hormon Insulin erhöhen oder in den Zuckerstoffwechsel eingreifen. Beides dürfte ein Stück weit vor Diabetes schützen. Andere leichter aktivierbare und dadurch auch häufiger aktivierte Gene helfen den Zellen im Kampf gegen schädlichen oxidativen Stress, der vor allem bei starken Belastungen entsteht. Oder sie fördern den Muskelaufbau, was zum Beispiel erklären könnte, wieso Menschen, die immer schon viel Sport getrieben haben, ihre Muskeln auch im Alter schneller und effektiver reaktivieren können.

„Zusammenfassend präsentieren wir in unserer Studie eine Gen-Signatur von 745 Genen, die zumindest in der Muskulatur älterer Männer durch deren lebenslange physische Aktivität epigenetisch reguliert wurden“, schreiben die Autor*innen. Anders ausgedrückt belauschen Regenberg und Co exakt das, was der bekannte, in Boston forschende deutschstämmige Stammzellforscher Rudolf Jaenisch schon vor Jahren als „das Gespräch zwischen Erbe und Umwelt“ bezeichnet hat: das permanente, unentwirrbare Wechselspiel zwischen äußeren Einflüssen und Lebensstilfaktoren und der Epigenetik.

Die Umwelt – in diesem Fall der Sport – zwingt den Zellstoffwechsel zu einer Reaktion, worauf die Zelle epigenetisch antwortet und ihr Genaktivierbarkeitsmuster verändert. Dadurch kann sie in Zukunft besser auf ähnliche Umweltreize reagieren. 

Eine weitere Studie von Forscher*innen am schwedischen Karolinska-Institut im Jahr 2012 zeigte, dass kurzfristige Einflüsse wie Sport oder Stress unsere Zellen vermutlich nicht dauerhaft umprogrammieren. Halten die Reize aber länger an und kehren sie zudem häufig zurück, scheinen die Zellen ihre epigenetischen Veränderungen irgendwann „regelrecht einzufrieren“, wie es der Basler Epigenetiker Renato Paro formuliert. 

Fortsetzung folgt

Peter Spork

 

Quellen und Buchtipp:

Die neue Studie in Scientific Reports: M. Reza Sailani et al.: Lifelong physical activity is associated with promoter hypomethylation of genes involved in metabolism, myogenesis, contractile properties and oxidative stress resistance in aged human skeletal muscle. Scientific Reports 9, 01.03.2019, Nr. 3272.

Ergometer-Studie zur raschen Veränderung der Epigenetik in Muskelzellen: Romain Barrès et al.: Acute exercise remodels promoter methyltion in human skeletal muscle. Cell Metabolism 15, 07.03.2012, S. 405 – 411.

Studie zum kurzfristigen Einfluss von Stress auf die Epigenetik von Blutzellen: Eva Unternaehrer et al.: Dynamic changes in DNA methylation of stress-associated genes (OXTR, BDNF) after acute psychosocial stress. Translational Psychiatry 2, 14.08.2012, e150, doi: 10.1038/tp.2012.77.

Peter Sporks Buch zum Thema: Gesundheit ist kein Zufall. Wie das Leben unsere Gene prägt. DVA 2017 / Pantheon 2019.

 

Dieser Beitrag ist am 17.04.2019 zuerst bei RiffReporter im Projekt Erbe & Umwelt erschienen und  für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/.

Seit 2013 können Epigenetiker mit Hilfe einer chemischen Analyse (Analyse des Methylierungsgrades bestimmter Stellen der DNA) das biologische Alter eines Menschen auf 3,6 Jahre genau bestimmen. Diese „epigenetische Uhr“ wird nach ihrem Entwickler, dem Biostatistiker Steve Horvath auch „Horvaths Uhr“ genannt. Kein Wunder, dass zunehmend Untersuchungen erscheinen, die den Einfluss des Lebensstils auf das biologische Alter und das Alterungstempo von Menschen ermitteln möchten. Dazu gehört auch eine Studie von Raphaëlle Chaix aus Paris und Kollegen. Danach sind Menschen, die regelmäßig meditieren biologisch gesehen zwar im Durchschnitt noch nicht jünger als die Mitglieder einer nie meditierenden Vergleichsgruppe. Im höheren Alter verlangsamt sich aber anders als bei den Nichtmeditierenden ihr Alterungstempo. Außerdem altern die Meditierenden umso langsamer je länger sie die Technik bereits ausüben.

Epigenetik ist wichtig für die Alternsforschung

Gunther Meinlschmidt, Biopsychologe an der Universität Basel findet das Resultat plausibel und relevant, weist aber auf die eher geringe Zahl der Studienteilnehmer hin. Als nächster Schritt sollten deshalb die Studienergebnisse von einer unabhängigen Gruppe an einer größeren Zahl Meditierender überprüft werden. „Die Erforschung psychobiologischer Folgen von Meditation und anderer kontemplativer Praktiken ist nicht nur ‚en Vogue‘; das Thema hat im vorliegenden Fall auch klinische Bedeutung“, verweist Meinlschmidt darauf, dass es um die mögliche Prävention von Alterskrankheiten geht.

Kalorienreduzierte Ernährung = längeres Leben?

Wie wichtig die Epigenetik für die Alternsforschung längst geworden ist, zeigt auch eine Studie mit Mäusen. Oliver Hahn und Kollegen widmen sich einem weiteren potenziell verjüngenden Lebensstil-Faktor: der kalorienreduzierten Ernährung. Dabei isst man grundsätzlich weniger als möglich, vermeidet aber jede Art von Mangelernährung. Die Forscher erfassten nahezu lebenslang das DNA-Methylierungsmuster der Mäuse und verglichen die Resultate zwischen normal ernährten Tieren und solchen, die auf Schmalkost gesetzt waren. Die knapp gehaltenen Tiere lebten dabei nicht nur im Durchschnitt 30 Prozent länger als die anderen, sie alterten auch epigenetisch messbar langsamer. Unter anderem war die Regulation von Genen des Leber-Fettstoffwechsels verändert. Hier könnte eine der Ursachen für die erhöhte Lebenserwartung liegen, schreiben die Forscher.

Noch etwas neuer und deutlich näher am Menschen sind die Resultate einer Gruppe von US-Forschern, die schon seit Jahren Rhesus-Affen begleiten, die kalorienreduziert ernährt werden. Nun ergab eine Epigenom-Analyse: Die Tiere sind im Alter von 22 bis 30 Jahren epigenetisch gesehen bereits sieben Jahre jünger als Vertreter einer normal ernährten Vergleichsgruppe. Außerdem ähneln die typischen altersbedingten Veränderungen der DNA-Methylierung bei den Affen jener bei Mäusen und auch der „Horvaths Uhr“ beim Menschen. Das macht es sehr wahrscheinlich, dass die Resultate übertragbar sind.

Man darf jetzt also gespannt sein, wann die erste Analyse der epigenetischen Uhr solcher Menschen publiziert wird, die Messer und Gabel immer schon dann aus der Hand legen, wenn sie noch ein wenig hungrig sind – und im Anschluss noch ein Ründchen meditieren gehen.

Peter Spork

 

Weitere Informationen finden Sie hier:
Epigenetic clock analysis in long-term meditators
Caloric restriction delays age-related methylation drift

 

Dieser Beitrag ist zuerst  erschienen auf www.newsletter-epigenetik.de und wurde für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen.

Sie ist kein Zustand. Auch nicht das Gegenteil von Krankheit. Gesundheit ist ein generationenübergreifender Prozess, den wir umso mehr benötigen, je kränker wir sind.

Ist Gesundheit die Abwesenheit von Krankheit? Ist sie vielleicht sogar „ein Zustand kompletten körperlichen, mentalen und sozialen Wohlbefindens“, wie es die Weltgesundheitsorganisation, WHO, definiert? Viele stimmen diesen Gesundheitsbegriffen spontan zu. Doch sind sie wirklich zu Ende gedacht? Möchten wir all jenen, die eine genetische Krankheit geerbt haben, die alt und siech sind oder an chronischen Beschwerden leiden, ihre Gesundheit absprechen? Ist Gesundheit tatsächlich ein nahezu unerreichbares Ziel, für das wir unentwegt Opfer bringen und uns den Zwängen von Medizinchecks und Ratgeberliteratur unterwerfen müssen? Ist Gesundheit wirklich ausgrenzend, einengend, destruktiv?

Natürlich nicht. Zum Beispiel können wir sehr wohl gleichzeitig gesund und krank sein, denn Gesundheit und Krankheit sind keine Gegensätze. Unsere Gesundheit ist gerade dann gefordert, wenn wir krank sind, etwa indem sie uns dabei hilft, eine Infektion zu überwinden, einen Knochenbruch verheilen zu lassen oder eine chronische Krankheit zu ertragen.

 

Gesundheit ist die Fähigkeit, sich anzupassen

Gesundheit ist ein kontinuierlicher Prozess, in dem sich die Zellen unseres Körpers auf ihre Umwelt einstellen und sich im Zusammenspiel mit wechselnden äußeren Herausforderungen verändern. Oder, um es mit den Worten des französischen Arztes und Philosophen Georges Canguilhem auszudrücken: „Gesundheit ist die Fähigkeit, sich anzupassen.“

Die ununterbrochene Anpassung des Stoffwechsels sowie des Nerven- und Immunsystems an die Widrigkeiten und Wohltaten des Alltags, verändert uns in jeder Minute unseres Lebens. Die moderne Molekularbiologie kann seit wenigen Jahren sogar messen, was dabei in den winzig kleinen Kernen unserer 37 Billionen Körperzellen passiert: Dort verändert sich das Erbgut, das die rund 23.000 Bauanleitungen enthält für all die Biomoleküle, die unser Körper erzeugt, um zu leben.

Was bedeutet Epigenetik?

Der Text der Gene – also die eigentlichen Baupläne – bleibt zwar unangetastet. Aber biochemische Strukturen an und neben den Genen werden umgebaut. Sie entscheiden darüber, welche Abschnitte ihres Erbguts eine Zelle benutzen kann und welche nicht. Wie Schalter oder Dimmer regeln diese Strukturen die Aktivierbarkeit der Gene und versetzen die Zellen in unterschiedliche Programme. Solche Erkenntnisse verdanken wir der neuen Wissenschaft der Epigenetik, was man am besten als Zusatz- oder Nebengenetik übersetzt.

Epigenetische Vorgänge sind umkehrbar

Die Muskelzelle eines Sportlers reguliert ihre Gene beispielsweise völlig anders als jene des Stubenhockers. Und die auf Stress reagierenden Zellen eines Menschen, der in frühester Kindheit vernachlässigt wurde und wiederholt schwere Gewalterfahrungen machen musste, arbeiten anders als bei jemandem, der von klein an stabile Bindungen zu liebevollen Bezugspersonen aufbauen durfte und in Geborgenheit groß wurde. Anders als eine genetische Mutation sind die dafür verantwortlichen epigenetischen Veränderungen theoretisch immer umkehrbar. Sie sind eine Art Prägung, kein Schicksal. Darin steckt eine große Chance.

Im Zuge von Wachstum und Entwicklung bestimmt die Epigenetik der Zelle zunächst darüber, ob sie zum Beispiel eine Haut-, Nerven- oder Muskelzelle wird. Doch die biologische Entwicklung hört mit dem Erwachsensein nicht auf. Der Organismus wandelt sich weiter bis ins hohe Alter – permanent neu angeregt durch den Lebensstil und andere Einflüsse aus der Umwelt. Und so haben wir es ein Stück weit selbst in der Hand, wie sich die Zellen unserer Gewebe programmieren.

Gesundheit ist beeinflussbar

Indem wir uns ausgewogen und nicht zu kalorienreich ernähren, nicht rauchen oder übermäßig Alkohol trinken, regelmäßig bewegen, soziale Kontakte pflegen, ausreichend schlafen und gerade in Belastungssituationen auf Entspannungsphasen achten, verringern wir das Risiko für praktisch alle komplexen und häufigen Krankheiten wie Typ-2-Diabetes, Adipositas, Herz-Kreislauf-Leiden, Allergien, Rheuma, psychische Krankheiten aller Art, aber auch Altersleiden wie die Alzheimer`sche Krankheit oder viele Arten von Krebs.

Mit komplexen Krankheiten sind dabei alle Leiden gemeint, die auf eine große Zahl unterschiedlichster Einflussfaktoren zurückgehen. Ob eine solche Krankheit eines Tages auftritt oder nicht, kann sehr oft Produkt reinen Zufalls sein. Die Wahrscheinlichkeit aber, mit der dieses zufällige Ereignis geschieht, ist beeinflussbar. Es ist eine Frage der Gesundheit.

Erbe oder Umwelt?

Aus dem gleichen Grund sind auch die uralten Diskussionen überflüssig, welchen Teil unserer Persönlichkeit und Gesundheit wir dem genetischen Erbe der Eltern verdanken, und welchen ihrer Erziehung und dem Lebensstil. Ist es das Erbe oder die Umwelt, was maßgeblich unsere Intelligenz, unsere Neigung zu Übergewicht oder zu Depressionen verantwortet? Noch immer denken viele Menschen, alle unsere Merkmale verhielten sich wie Erbkrankheiten oder simple äußere Kennzeichen wie Augen- oder Haarfarbe. Solche Eigenschaften sind mehr oder weniger direkt auf Varianten einzelner oder einiger weniger Gene zurückzuführen. Doch die allermeisten menschlichen Eigenschaften sind anders. Bei ihnen versagt der Versuch einer eindimensionalen Ursachen-Aufteilung in Erbe oder Umwelt.

Die wichtigste Botschaft der aktuellen Molekularbiologie lautet also: Unsere komplexen Eigenschaften entstehen immer aus Erbe, Umwelt und Vergangenheit zugleich. Einflüsse aus der Gegenwart, die Prägung aus der Vergangenheit und genetisch gespeicherte Programme machen erst im Zuge des Lebens das aus uns, was wir sind.

Gesundheit ist vererbbar

Aus all diesen Erkenntnissen folgt letztlich sogar eine neue Biologie der Vererbung. Denn es wird immer klarer, dass wir in der Lage sind, unsere im Laufe des Lebens erworbenen Umweltanpassungen und damit auch unsere Gesundheit und Persönlichkeit ein Stück weit zu vererben – völlig unabhängig von den Genen. Das geschieht zum einen während der wichtigen Phase der perinatalen Prägung. In dieser Zeit, die im Mutterleib beginnt und mit etwa einem Lebensjahr endet, bestimmen die Eltern über Umwelt und Lebensstil ihrer Kinder.

Darüber hinaus gibt es immer mehr Hinweise, dass epigenetische Strukturen auch über die Keimbahn, also über Ei- und Samenzellen, weitergegeben werden und den heranwachsenden Keim beeinflussen. Damit vererben wir also nicht nur die Gene sondern auch um-weltabhängige Informationen darüber, wie wir diese Gene regulieren sollen. Eine Sensation!

Vieles spricht also dafür, dass unsere Gesundheit nicht nur das Produkt des eigenen Lebens ist. Sie scheint zusätzlich durch das Leben der Eltern und Großeltern beeinflusst zu sein. Gesundheit ist ein generationenüberschreitendes Projekt. Das heißt allerdings auch, dass eine moderne Präventionspolitik vor allem werdende und gewordene Eltern unterstützen und entlasten sowie deren Kindern helfen sollte. Außerdem gilt es, Armut und soziale Ungleichheit besser zu bekämpfen.

Denn Krankheitsvorsorge für die Gesellschaft von Morgen beginnt in der Kindheit der zukünftigen Eltern und Großeltern. Letztlich geht es darum, möglichst vielen Menschen möglichst gute Chancen auf eine freie und normale biologische Entwicklung zu sichern. Die Gesundheit ist Produkt dieser Entwicklung. Gesundheit ist alles andere als zufällig.

Peter Spork

 

Dieser Beitrag ist zuerst bei RiffReporter im Projekt Erbe&Umwelt erschienen: www.riffreporter.de/erbe-umwelt-peter-spork/ und wurde für diese Webseite in einer autorisierten, leicht gekürzten Version übernommen.

Epigenetik

Unter Epigenetik versteht man ein Fachgebiet der Biologie. Es beschäftigt sich damit, wie Zellen steuern, welche ihrer Gene sie benutzen können und welche nicht. Die Epigenetik beantwortet also auch die Frage, wie weit wir unsere Genaktivität selbst beeinflussen können. Oder anders ausgedrückt: Wie wirken sich unser Lebensstil und unsere Umwelt auf die Entwicklung unserer Zellen aus? Einer der Experten auf diesem Gebiet ist der Wissenschaftsautor Dr. Peter Spork.

Laut Spork spielt die Epigenetik eine grundlegende Rolle für die Gesundheit. Seine Fragen und Antworten darauf gehen uns alle an: „Wie weit haben wir unsere eigene Gesundheit und die unserer Nachkommen selbst in der Hand? Unsere Gesundheit und unsere Persönlichkeit sind ein untrennbares Produkt aus Erbe, Umwelt und Vergangenheit. Wenn wir Menschen Computer wären, dann bildeten unsere Gene die Hardware. Aber natürlich müsste es auch eine Software geben – und die entschlüsseln seit ein paar Jahren die Epigenetiker. Sie erforschen Elemente an unserem Erbgut, die es programmieren, die ihm sagen, welches Gen benutzt werden soll und welches nicht.“ *)

 

Dr. rer. nat. Peter Spork

Dr. Peter Spork, geboren 1965 in Frankfurt am Main, studierte in Marburg und Hamburg Biologie, Anthropologie und Psychologie und promovierte im Bereich der Neurobiologie/Biokybernetik am Zoologischen Institut in Hamburg.

Zu seinen veröffentlichten Sachbüchern zählen die Bestseller Gesundheit ist kein Zufall und Der zweite Code sowie Das Schlafbuch.

Weitere Informationen finden Sie unter www.peter-spork.de.

*) Quelle: http://www.peter-spork.de/5-0-Vortraege-Lesungen.html